[发明专利]便携式透地无线电设备

说明书

技术领域

本发明一般涉及一种可操作以透过大地或者其它厚实心屏障发送和接收信号的无线电设备。本发明更具体地涉及一种可操作以透过大地或者其它厚实心屏障发送和接收信号的便携式无线电设备。

背景技术

已知大多数当前无线通信技术不能穿越由例如岩石、混凝土或者土壤的材料制成的厚实心屏障。在高于数kHz的频率下，这些弱传导材料的趋肤深度很小，并且电磁波被衰减至其中通信在即使短距离(＜1m)内也不可能的点。在比如隧道和矿井的工作环境中，工人因此不能容易地例如与位于隧道的不同部分或者位于大地的表面上方的监督者或者其他工人通信。

这样的通信系统不仅对于平常的日常工作有用，而且它们在紧急时间也是不可或缺的。例如，如果隧道塌陷而工人身陷其内，则提供这样的通信可以显著减少发现和援救被陷工人的时间。这将提供拯救工人生命的可能性的显著提高。

已经提出对提供透地通信这一问题的多个解决方案。最简单的是提供在工人与他们与之通信的人员之间的有线链路。然而，这显然使工人受导线的长度约束或者要求工人在导线的终结端这一具体位置以发起通信。特别是为很长隧道和矿井铺设充足的导线也很昂贵。另外，在急救时间，特别是矿井塌陷或者相似事件或者甚至仅由于磨损和破裂，导线易于被切断从而使介质不可用。

因此，也已经提出用于透地通信的一些无线解决方案。

David Reagor等人的第7,043,204号美国专利教导了一种用于有效的透地通信的方法和装置，该方法和装置包括信号输入设备并且具有模数转换器，该信号输入设备连接到在充分低的预定频率操作以透过大地有效地穿透有用距离的发射器，该模数转换器接收信号输入并且向连接到编码处理器的数据压缩电路传递信号输入，向数模转换器提供编码处理器输出。放大器从数模转换器接收模拟输出用于放大所述模拟输出并且向天线输出所述模拟输出。具有天线的接收器接收模拟输出并且向带通滤波器传递模拟信号，该带通滤波器的输出连接到向解码处理器提供数字信号的模数转换器，该解码处理器的输出连接到数据解压器，该数据解压向数模转换器提供解压的数字信号。音频输出设备从用于产生可听输出的数模转换器接收模拟输出。

David Reagor等人的第7,149,472号美国专利教导了一种透地通信系统，该通信系统包括：数字信号输入设备；发射器，在充分低的预定频率操作以透过大地有效地穿透有用距离；数据压缩电路，连接到编码处理器；放大器，从编码处理器接收编码的输出以用于放大输出以及向天线传输数据；以及接收器，具有天线、带通滤波器、解码处理器和数据解压器。

这两份专利提供一种无线透地通信手段。然而，在它们的设计中固有的是需要相对大而重的装备。具体而言，实现如这些专利教导的通信所需的信号强度要求发射器生成相对大的低频磁场。通过发送环绕导线环天线的交变电流来生成磁场，该磁场的尺寸与电流的幅值和导线环的面积成比例。对于500英尺的链路，电流可以是10A，并且环面积为50平方米。用于这些设备的电源因此一般相对大而重。因此，便携单元至多可以仅用作接收器。如果这样的设备具有发射器，则工人一般不可能携带或者容易移动它。天线的尺寸还防止调整这些专利以用于移动使用。也很难在这样的低频率传输语音信号。出于这些原因，这两份专利均未公开用于双向的透地无线电设备的移动实现方式。

Larry G.Stolarczyk等人的美国专利第5,093,929号教导了一种用于使用地下矿井通信系统以实现矿井范围的通信并且将本质上安全的电流限制器电路用于保证系统中的电装备不会引起燃烧条件的方法。地下矿井通信系统包括多个重发器和包括移动、便携时和个人携带的无线电设备的中频无线电设备，这些重发器和无线电设备例如由调谐环形天线耦合到电导体和煤层形成的在大地中存在的自然波导。导体或者自然波导向重发器输送无线电设备所发送的消息。重发器放大、复制并且在两个不同频率重传消息以用于向表面基站和向系统中的另一无线电设备传输消息。具有单独重发器集合的寻呼系统也由调谐环形天线耦合到电导体和自然波导的网络。寻呼系统提醒矿工联系表面基站。系统中的无线电、寻呼器和重发器配备有本质上安全的电流限制器电路以排除形成燃烧条件。电流限制器电路包括由反馈控制放大器控制的电流断路电路、冗余电流断路电路和电流限制场效应晶体管的串联布置。